一种基于振动原理的液体检测用振动检测传感器及其应用的制作方法

本发明涉及生物医疗领域及传感器技术，具体涉及一种基于振动原理的液体检测用振动检测传感器及其应用。

背景技术：

谐振又称“共振”。振荡系统在周期性外力作用下，当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时，振幅急剧增大的现象。

任何液体都有其特定的电谐振频率，且电谐振频率与液体自身的性质有关。当液体的任何性质(如成分、电导率、浓度、ph值、密度、粘度等)发生改变时，那么该液体的电谐振频率也会发生相应的变化。因此，可以利用液体的这种电谐振特性，来测量液体理化性质变化过程中谐振频率的变化，进而了解液体的理化性质等。

现有技术(基于液体电谐振原理的血凝测试方法研究，周宇坤，2009.6.15)采用了液体谐振测量装置来测量血浆的电谐振频率，测量系统包括待测溶液，指叉型传感器，振荡电路，sp312等精度频率检测仪，usb数据传输，pc机数据显示以及相应的上位机软件部分组成。现有技术(液体谐振传感方法与系统,cn102809597a)公开了液体粘弹性、密度、成分及其浓度等性质可由液体固有频率来表征，在交变激励振荡信号作用下，液体产生谐振，当液体性质变化时，其谐振频率会发生相应变化。公开的传感系统由镀金膜叉指微电极阵列谐振传感器、激励振荡器、拾振器、单片机和计算机组成。

上述公开资料中使用的指叉型传感器、激励振荡器、以及拾振器等存在结构复杂、制作难度大、精密度低、重复性差等问题。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于振动原理的液体检测用振动检测传感器。

本发明的另一目的在于提供基于振动原理的液体检测用振动检测传感器的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于振动原理的液体检测用振动检测传感器，包括柱状绝缘体、在柱状绝缘体表面设置至少两个不同高度的金属导体，以及设置于柱状绝缘体上的用于与金属导体连接的管脚；不同高度的金属导体之间不相互连接；所述管脚分别与不同高度的金属导体连接。

进一步地，柱状绝缘体上的其中一个金属导体与不同高度的金属导体之间分别连接不同的电势电路。

优选地，其中一个金属导体通过管脚与高电平i/o口连接，其余金属导体由微控制器扫描电平状态；优选地，其中一个金属导体通过管脚接地，其余金属导体由微控制器扫描电平状态。

由于液体和固体的分子间隙不同，故液体中的分子间隙发生一定的变化，对其本身的固有频率都有较大的影响。并且由于液体谐振的发生只需要一个与其谐振频率相同的外部激励，便能产生明显的振动现象。

本发明的振动检测传感器利用了液体本身的导电性，在发生谐振时，振动的液体在不同高度的金属导体之间形成导电通路，通过管脚与检测电路接通，检测不同金属导体的输出的信号，进而反映出液体谐振幅度，及谐振频率的变化，以掌握液体理化性质的变化过程。

进一步地，所述管脚设置于柱状绝缘体的底部；管脚与相邻金属导体之间的距离大于电路板的厚度。

进一步地，所述金属导体设置的高度数量为2n(n≥1)个，所述管脚数量至少与高度数量一致，在柱状绝缘体底部的两侧呈对称排列。

进一步地，所述金属导体和管脚的数量均为2n个，所述管脚在柱状绝缘体底部的两侧呈每个边n个管脚对称排列。

进一步地，所述金属导体为带状，并环绕嵌入柱状绝缘体，所述金属导体之间等间距并列排布。

进一步地，所述柱状绝缘体上设有过孔，金属导体通过过孔和导线与管脚连接。

进一步地，所述柱状绝缘体上设有小孔，导线穿过小孔连接金属导体和管脚。

进一步地，所述柱状绝缘体为圆筒状，其内部填充绝缘材料。

进一步地，柱状绝缘体、金属导体为不与液体发生化学反应的材质制成。

一种所述基于振动原理的液体检测用振动检测传感器的应用，所述振动检测传感器与激励振荡器配合用于检测液体理化性质的变化。所述激励振荡电路电路板上的检测区域围起形成样品池，所述振动检测传感器的柱状绝缘体与过孔配合。

进一步地，所述激励振荡电路电路板的正面设有至少2个平行排列在检测区域内且电流方向相同的电路；电路板在正面电路的末端设有过孔，连接背面的电路；所述检测区域的中心设有与振动检测传感器适配的过孔。

进一步地，所述电路板的正面和背面涂抹绝缘材料；所述过孔填充和涂抹绝缘材料。

进一步地，所述与振动检测传感器适配的过孔边缘区域设有焊盘，所述焊盘与背面的电路平行。

进一步地，所述焊盘的数量与振动检测传感器的管脚数量一致。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的基于振动原理的液体检测用振动检测传感器，创新的结构设计，通过设置不同高度的金属导体，并利用液体的导电性；在发生谐振时，振动的液体在不同高度的金属导体之间形成导电通路，通过管脚与检测电路接通，检测不同金属导体的输出的信号，进而反映出液体谐振幅度，及谐振频率的变化，以掌握液体理化性质的变化过程。本发明的振动检测传感器，结构简单，易于制作，精密度高、重复性好。

附图说明

图1为本发明具体实施例中振动检测传感器的底视图；

图2为本发明具体实施例中振动检测传感器的主视图；

图3为本发明具体实施例中振动检测传感器的剖面图；

图4为本发明具体实施例中激励振荡电路的结构图；

图5为本发明具体实施例中激励振荡电路的背面图；

图6为本发明具体实施例中激励振荡电路的正面图。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，但不限于此。实施例及应用例所用的原材料均为市购。

实施例1

一种基于振动原理的液体检测用振动检测传感器，包括柱状绝缘体302、在柱状绝缘体302表面嵌入8个金属导体301，以及位于柱状绝缘体302底部的用于与金属导体301连接的管脚303。

金属导体301水平环绕于柱状绝缘体302，金属导体301之间并行排列且不相互连接；管脚303分别与金属导体301一一对应连接。

柱状绝缘体302上的最底部的金属导体301通过管脚303与高电平i/o口连接，其余金属导体由stm32f103rbt6微控制器扫描电平状态。stm32f103rbt6微控制器持续读取振动检测器的上部7个导体对应的i/o口状态。

由于液体和固体的分子间隙不同，故液体中的分子间隙发生一定的变化，对其本身的固有频率都有较大的影响。并且由于液体谐振的发生只需要一个与其谐振频率相同的外部激励，便能产生明显的振动现象。

该振动检测传感器利用了液体本身的导电性，在发生谐振时，振动的液体在不同高度的金属导体301之间形成导电通路，通过管脚303与检测电路接通，检测不同金属导体的输出的信号，进而反映出液体谐振幅度，及谐振频率的变化，以掌握液体理化性质的变化过程。

管脚303与柱状绝缘体302上的最底部的金属导体301之间的距离大于电路板的厚度。

位于柱状绝缘体302上部的金属导体301之间等间距并列排布。

柱状绝缘体302上设有过孔305，金属导体301通过过孔305和导线与管脚303连接。

或者柱状绝缘体302上设有小孔305，导线穿过小孔连接金属导体301和管脚303。

柱状绝缘体302过孔或小孔填充绝缘材料。

柱状绝缘体302、金属导体301为不与液体发生化学反应的材质制成。

金属导体301和管脚303的数量均为8个，管脚303在柱状绝缘体302底部的两侧呈每个边4个管脚303对称排列。

一种基于振动原理的液体检测用振动检测传感器的应用，该振动检测传感器与激励振荡电路配合用于检测液体理化性质的变化。激励振荡电路电路板上的圆形区域506安装一个塑料的透明圆筒形成样品池，振动检测传感器的柱状绝缘体302与电路板的过孔502配合。

激励振荡电路的输入为一个50ω电阻的一端，电阻的另一端连接opa847高带宽运放的输出。

激励振荡电路电路板的正面设有13个平行排列在一个圆形区域506内且电流方向相同的电路；电路板在正面电路的末端设有过孔505，连接背面的电路；圆形区域506的中心设有与振动检测传感器适配的过孔502。

电路板的正面和背面涂抹绝缘材料；过孔502、505填充和涂抹绝缘材料。

与振动检测传感器适配的过孔502边缘区域设有焊盘507，焊盘507与背面的电路平行。焊盘507的数量与振动检测传感器的管脚303数量一样。

该液体检测装置还设有温度控制模块；以控制待测液体的检测环境的温度。

ad9854芯片容易发热，因此在ad9854芯片上设置了一块散热片。

样品池设有盖子。待测液体注入样品池后，关闭样品池上方的塑料软盖，为液体提供一个相对稳定的检测环境。

该液体检测装置还设有温度控制模块；以控制待测液体的检测环境的温度。

ad9854芯片容易发热，因此在ad9854芯片上设置了一块散热片。

样品池设有盖子。待测液体注入样品池后，关闭样品池上方的塑料软盖，为液体提供一个相对稳定的检测环境。

应用例1

在样品池内放置待测血液，待血液注入样品池后，关闭样品池上方的塑料软盖，为血液提供一个相对稳定的检测环境。待检测血液的最高点应与第二层绝缘体1的顶部水平。如果血液振动，则由于血液的导电性，其他7个i/o会有一个或多个i/o口的状态会由低电平变为高电平，stm32f103rbt6微控制器接收到i/o口状态变化信号，则表示此时微控制器控制ad9854型dds芯片发出的频率为血液的谐振频率。

向样品池中注入待测血液，并打开检测系统，命令stm32f103rbt6微控制器持续读取振动检测器的上部7个金属导体301对应的i/o口状态。stm32f103rbt6微控制器通过加减变量的方式，变量也就是血液发生谐振时的激振方波频率值，控制ad9854型dds芯片进行快速的扫频，扫频信号经过opa847高带宽运放放大后，通过一个电阻将信号传入激励振荡电路，由于该电路是多个并行排列且电流方向相同的电路，故此电路对电流产生磁场进一步加强。

此时由于交变磁场的作用，血液会在磁场发出与其固有频率相同的交变磁场时产生谐振。当振动检测传感器接收到血液振荡信号时，stm32f103rbt6微控制器停止扫频，并将此时的变量数值写入内部flash。然后每隔2sstm32f103rbt6微控制器再次控制ad9854型dds芯片进行扫频，同样在传感器接收到血液振动信号时，stm32f103rbt6微控制器停止扫频，并将该变量与前2s时的变量进行对比，如果两者的差值大于系统设置的阈值，表示血液还未凝固，微控制器继续进行扫频、记录数据和对比数据的操作，直到相隔2s的变量差值小于或等于系统设置的阈值时，系统停止扫频，表示检测环节完成。

阈值越大检测结果越不准确，阈值过小又会引起数据的过拟合，所以阈值很重要。检测完成后stm32f103rbt6微控制器提取eeprom中健康血液凝固的各种数据，并与本次检测数据进行对比。如果被检血液与健康血液的凝固时间基本相同，则表示被检血液基本正常；如果被检血液凝固时间远大于或远小于健康血液凝固时间，则表示被检血液凝固过程不正常。检测者还可以通过usb接口导出本次检测数据，进行人工数据分析。